摘要：整体吊装法包括整体吊升法、整体提升法和整体顶升法，是目前大跨度钢结构普遍采用的一种新型施工方法。本文结合工程案例，对建筑钢结构施工中楼盖吊装施工要点以及注意事项进行了系统的论述，实践证明，该技术方案的实施取得良好的效果，能够为相关的工作者提供一定的参考借鉴。
关键词：高层建筑；钢结构楼盖；主钢梁；吊装施工技术；静负荷试验
钢结构凭借着其特有的优势在建筑工程当中特别是在高层建筑当中的应用十分的广泛，如何提高钢结构的施工质量，保证其结构稳定性是当前建筑施工人员最关注的问题。钢结构在高层与超高层的结构体系，工程施工材料的选择、连接位置的设计以及施工、甚至到楼盖的设计与吊装施工等都必须要进行认真全面的考虑。其中，楼盖的合理选择及吊装施工质量对整个结构的安全性、经济性显得至关重要，它不仅起到将竖向荷载传给梁柱，保证抗侧力结构的空间协同作用，而且还影响到建筑的使用功能和造价以及施工进度。希望能通过分析实例工程中吊装施工过程中关键的技术要点，更好地提高钢结构吊装的施工技术水平，进一步确保高层建筑的施工质量。
1 工程概况
某艺术展示中心B区主楼为一地下1层，地上13层大型建筑，建筑总高度74m，建筑面积63430m2。其平面呈方形，72m×72m，除中部42m×54m部分的2～4层为钢结构楼盖外，其他为钢筋混凝土框架结构。在外部13层主体结构施工完成后，开始中间钢结构楼盖的施工。
钢结构楼盖的2层（标高+12m）、3层（标高+20m）、4层（标高+28m）与外围钢筋混凝土框架结构连成一体。主钢梁跨度54m、宽1.2m、高3.3m（端部高2.8m），单根质量约136t，每层有5根，共15根。钢梁与次钢梁之间采用高强度螺栓连接，钢梁上面浇筑混凝土楼板。钢结构工程总质量约2500t，材质为Q345B，其中焊接箱形钢梁2080t，焊接H型钢逾400t。
2 主要施工流程
施工准备→运输→拼接→焊接→吊装→涂装→验收
3 施工技术
3.1 吊装策划
主要施工方法是：
（1）所有构件工厂制作，主钢梁每榀分5节，以便于运输。
（2）现场用1500kN履带吊卸货，室内搭设拼装操作台，对主钢梁进行现场拼装。
（3）在标高30m处安装QE90/15+90、跨度为52m的桥式吊车1台。
（4）边拼装、边吊装，相互穿插，完成吊装作业。
在工程内部30m高程处架设桥吊，桥吊两端主钩各设置900kN固定起重设备，用于吊装主钢梁。桥吊上移动小车副钩中点最大吊重为150kN，用于吊装次钢梁。
主钢梁分节制作，在拼装平台上组装，其余钢梁都是整体制作。钢梁拼装在L、K轴线间搭设的台车拼装平台上进行，拼装平台设置间距为3.06m的2条轨道，轨道长度75m，在0m层上贯穿展示中心，一侧穿出展示中心到建筑物外的施工道路上。由于0m层下还有地下室，0m层混凝土楼面承受不了钢梁拼装时的质量，所以拼装平台下的0m层混凝土楼面采用φ200mm×8mm钢管及32a#工字钢加固，支撑在地下室的底板面上。
钢梁拼装还需制作10辆台车，拼装时，在展示中心外施工道路上利用1500kN履带吊下车，然后固定钢梁，利用台车运输至展示中心相应的位置，再依次利用台车运输其余各段。钢梁运输到相应位置后应把台车固定，方便两节钢梁对接。吊装平、剖面见图1、图2。
图1 吊装平面示意.png)
图2 吊装剖面示意.png)
3.2 桥吊安装
桥吊的轨道设在悬挑的工字钢上，在桥吊安装前，首先应进行悬挑轨道梁下混凝土梁的加固，加固采用两φ325mm×8mm钢管支撑，支撑从地下室底板面起，一直支撑到悬挑轨道梁下，钢管紧靠混凝土柱子，垂直方向每隔4m采用1个抱箍把支撑钢管和混凝土柱子连接固定，抱箍采用160mm×14mm和125mm×10mm角钢制造，支撑钢管间采用螺栓连接，每根钢管支撑应顶紧上下混凝土梁。
桥吊由专业生产工厂制造完成并分节运输到安装现场，同样采用1500kN履带吊下车，然后利用台车运输至工程钢梁拼装平台上拼装。
桥吊安装前，先进行桥吊悬挑梁和轨道梁安装。桥吊桁架吊装前，在40m高程平台上布置4台50kN卷扬机，再利用悬挑梁作为500kN定滑轮组固定点，通过500kN定滑轮组和动滑轮组吊装桥吊至安装高程。
桥吊吊装完成后，要进行电气安装，电气设备安装调试合格后再进行空负荷试验，空负荷试验应检查桥吊的各项性能及运行稳定性是否符合设备设计及规范要求。空负荷试验包括：
（1）操纵机构的操作方向应与起重机的各机构的运转方向相符；
（2）分别开动各机构的电动机，应运转正常，大车和小车运行时不应卡轨；
（3）各制动器能够准确及时地动作，各限位开关及安全装置的动作应准确、可靠；
（4）当吊钩放到最低位置时，卷筒上的钢丝绳的圈数不应少于2圈（固定圈除外）；
（5）每项试验不少于5次，并且动作应准确无误。
3.3 运输
采用1500kN履带吊将单节钢梁吊至倒运台车上面，用手拉链条葫芦和钢丝绳将钢梁稳固在台车上，稳固后再通过卷扬机将台车牵引至拼装位置并固定台车。
3.3.1 1500kN履带吊工况选择
每榀主钢梁分5节，最大、最重1节钢梁质量为29.3t、长12m、宽1.2m、高3.3m。1500kN履带吊的臂长为24m，最大的起吊幅度约为7m，当起吊幅度为14m时，最大的起重质量为44.1t，起重荷载约为最大起重质量的67%，所以，1500kN履带吊完全可满足钢梁吊运的要求。
3.3.2 起重钢丝绳的选型
为确保钢梁吊装时平稳安全，采取焊接吊耳板式两点（每点为双根钢丝绳）吊装法。由吊装示意图作出钢丝绳受力分析图，如图3所示。
根据单节钢梁的质量进行吊具选择：吊物质量M物=29.3t，吊具质量M吊具=0.3t；
F=（M物+M吊具）×g=（29.3+0.3）×10=296kN；
F1=F2；F1=F/（n×sinβ）
=296/（2×sin60°）≈170.9kN。
单根钢丝绳受力为85.5kN，取钢丝绳的安全系数K=6，最大拉力是：N=6×85.5=513kN，选用φ36mm（6×37）钢丝绳，钢丝绳的破断拉力为705kN＞513kN，满足吊装要求。
钢丝绳长度为L1=2×5.8+2×1.7=15m，共需2根（已考虑接头长度）。
图3 钢梁吊装及受力分析示意.png)
3.3.3 卸扣选型
根据最大起重载荷为171kN，选用250kN弓形卸扣，每个吊点使用1个，共4个。
3.4 拼接
待单榀钢梁的每节构件倒运至拼装平台上的相应位置后，采用手拉葫芦和千斤顶将其对接接头部位调节至组装要求位置，对接过程中必须严格控制好其整体直线度、平面度以及相应的上拱度，待所有尺寸满足规范的验评要求后，再采取点焊连接方式临时固定。
3.5 焊接
钢梁对接焊缝的焊缝质量等级要求为一级。焊接前应将焊口附近50mm范围内铁锈、油污等杂物清除干净，电焊条应烘焙。施焊时，焊缝内部质量和外观质量应满足图纸设计和规范规定要求，焊后及时清除药皮及飞溅物。
3.6 吊装
每榀钢梁加工尺寸及焊接质量应符合图纸设计和验评规范要求后方可吊装，吊装采用900kN+900kN桥吊，将整榀钢梁抬吊至安装位置。单榀钢梁质量为136t、共15榀，长54m、宽1.2m、高3.3m，起吊最大高度为30m；根据桥吊的性能参数，完全可以满足钢梁吊装工况要求。
3.6.1 吊装顺序
由于K～1/J轴为桥吊拆卸通道，K～1/J轴的次钢梁不能利用桥吊安装，K～1/J轴次钢梁在桥吊拆除后利用设置在40m层的50kN卷扬机安装；L～K轴为拼装平台位置，所有钢梁都通过拼装平台起吊，所以L～K轴的次钢梁也到最后安装。钢楼盖的主、次梁吊装顺序总体上是由下至上，具体程序如下：
2层楼盖主钢梁吊装→2层楼盖次钢梁吊装→3层楼盖主钢梁吊装→3层楼盖次钢梁吊装→4层楼盖Q～P轴次梁吊装排放到相应位置的3层钢梁上→4层楼盖P轴主钢梁吊装→4层楼盖Q～P轴次梁吊装→P～K轴线的4层主、次钢梁按前3个步骤重复进行→完成3层的全部吊装作业。
3.6.2 吊耳板设计
（1）根据钢梁的结构特点，为确保钢梁平稳、安全吊装，采取焊接吊耳板式两点吊装法，卷扬式吊钩直接穿在钢梁的吊耳上。
（2）吊耳受力分析：由吊装示意作出受力分析，如图4所示。
图4 单榀主钢梁吊装及受力分析示意.png)
（3）吊耳板强度验算。单个吊耳受力F=846kN；单块吊耳板受力F=507.6kN。
按局部紧接承压条件，计算得吊耳板需要厚度t≈25.6mm。
因此，吊耳板选用厚40mm的Q345B钢（图5），满足要求。
图5 吊耳示意.png)
（4）剖面强度验算。1-1剖面：[σ]=F拉/A≈39.7MPa＜[σ]容许=230MPa；
2-2剖面：吊耳孔壁拉应力σk≈91.5MPa＜144MPa，吊耳满足要求。
（5）吊耳板焊缝长度验算。取焊角高度为24mm，焊缝长度L≈175mm；
吊耳板与箱形钢梁腹板的T形焊缝要求全熔透，焊缝质量等级一级，并对其四周20mm的角焊缝围焊，焊缝长度为670mm。
3.6.3 吊装试验
首先进行静负荷试验，在第1根钢梁吊装前，利用钢梁进行吊装试验，桥吊缓慢起升，在桥吊质量显示器显示钢梁质量的20%、40%、60%、80%、100%及110%时分别悬停不小于10min，并检查桥吊轨道悬挑梁下混凝土梁、加固钢柱、悬挑梁尾部固定情况。待一切设备、设施等无异常后，方可进行动负荷试验。110%静负荷试验采用加载10%钢梁质量的配重来实现。在110%试验卸去负荷后，应再次仔细检查轨道梁、悬挑梁、悬挑梁下混凝土梁及桥吊金属结构，应无裂纹、焊缝开裂、油漆脱落及其他影响安全的损坏和松动等缺陷。
在静负荷试验合格后进行动负荷试验，起吊高度约200mm，大车行驶距离为1.5m左右，保证钢梁不离开拼装平台的台车上方，在进行动负荷试验时，检查一切设备、设施等是否正常。动负荷试验主要验证桥吊各机构制动器的功能。如果各部件能完成其功能试验，并在随后进行的目测检查中，没有发现机构或结构的构件损坏，连接处也没出现松动或损坏，则认为本试验结果合格。
3.6.4 吊装
吊装前，检查所有的安全防护措施是否到位以及准备工作是否全部完成，待吊装条件全部满足要求后，方可开始起吊。首先，将桥吊移动至拼装平台的上方，把吊装钢丝绳穿好挂在吊钩上面。接着，桥吊的2台卷扬机同时起吊，当起吊提升至离地面500mm时，悬空停留约15min进行试吊，待一切设备、设施等无异常后，方可进行下面操作：开动桥吊，移动钢梁吊至安装位置的正下方，到位后缓慢上升，当钢梁接近就位点时，先将稍低的一端钢梁与柱的钢牛腿用螺栓连接定位，此时只需穿上定位螺栓即可，待另一端稍微落钩后同样穿好定位螺栓，待所有螺栓穿入拧紧、水平方向定位板焊接牢固后方可卸钩。其他节钢梁吊装工序与第1榀类似。在吊装时，2台卷扬机起吊过程中，应该密切注意两吊点起升的同步性。
3.7 次梁安装方法
除了主钢梁质量为136t外，其余次梁的质量较轻，最大质量为3.3t。所有次梁都制作成整体，再运输到安装现场，采用1500kN履带吊倒运下车，卸车后利用台车运至展示中心内。
吊装步骤：吊装前，检查所有的安全防护措施是否到位以及准备工作是否全部完成，待吊装条件全部满足要求后，方可开始起吊。首先，将桥吊开动，行走至钢梁摆放位置，且将其吊钩落至挂钩点，把吊装钢丝绳穿好挂在吊钩上面。接着，桥吊小车启动起吊，起吊后检查吊点和钢丝绳受力情况，一切无误后，起吊至最高高度，满足起吊后钢梁能够跨越最上层主钢梁，再通过开动桥吊，使次梁吊装到位。当次梁接近就位点时，先将稍低的一端钢梁用螺栓连接定位，此时只需穿上4个螺栓即可，待另一端稍微落钩后同样穿好4个定位螺栓，待所有螺栓穿入拧紧后，方可卸钩。
所有的次梁连接都采用高强螺栓连接，高强螺栓安装注意事项：
（1）高强螺栓在施工前必须有材质证明书（质量保证书），必须在使用前作复试。
（2）高强螺栓设专人管理并妥善保管，不得乱扔乱放。在安装过程中，不得碰伤螺栓，防止污染，以防扭距系数发生变化。
（3）高强螺栓要防潮、防腐蚀。
（4）安装螺栓时，应用光头撬棍及冲钉对正上下（或前后）连接板的螺孔，使螺栓能自由投入。
（5）若连接板螺栓孔的误差较大时应检查分析，若属调整螺孔无效或剩下局部螺孔位置不正，可使用电动绞刀或手动绞刀进行打孔。
（6）在同一连接面上，高强螺栓应按同一方向穿入，高强螺栓安装后，应当天终拧完毕。
4 结语
总之，高层建筑钢结构体是一项综合性的工程。在高层建筑钢结构施工过程中，为保障楼盖吊装安全质量，要针对所遇到的施工难题，抓住其关键性所在，采取一系列相对应的措施，使工程达到了预期的质量和安全目标。实践证明，在本工程中，该施工技术提高了构件的安装质量，同时降低了工程成本，最终顺利解决了工程难题，实现了较好的社会效益，对类似的工程情况具有较高的参考价值。
参考文献：
[1]王玉荣.浅谈高层建筑钢结构吊装施工技术要点[J].华章，2011（20）
[2]黄仕勇.浅谈高层建筑钢结构吊装施工技术[J].建材与装饰，2015（26）
[3]李文革.浅谈大型商业综合体建筑中大型钢结构吊装技术[J].城市建设理论研究：电子版，2011（19）
论文作者:李健文
论文发表刊物:《基层建设》2016年13期
论文发表时间:2016/10/12
标签：钢梁论文; 螺栓论文; 楼盖论文; 质量论文; 桥吊论文; 钢丝绳论文; 钢结构论文; 《基层建设》2016年13期论文;